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PERDIDA DE NUTRIENTES POR EROSION HIDRICA EN DOS SUELOS DEL CALDENAL PAMPEANO EO ADEMA1, FJ BABINEC 1, N PEINEMANN2 1INTA EEA Anguil, CC 11, 6326 Anguil, E-mail:
[email protected]. 2Departamento de Agronomía, UNS, 8000 Bahía Blanca. Recibido 28 de junio de 2001, aceptado 8 de noviembre de 2001 NUTRIEN LOSSES DUE TO WATER EROSION IN TWO SOILS OF THE PAMPA´S CALDENAL In the Caldenal region, overgrazing causes important soil losses due to water erosion. The magnitude of this process is related to soil properties and vegetation cover. The objective of this study was to evaluate nutrient losses due to water erosion on an Entic Haplustoll and a Typic Ustipsamment. Treatments were: natural vegetation, clipped vegetation with residue reduction, and bare soil. Evaluations were carried out in March and September using a rainfall simulator (28 mm in 30 min) over 2 m 2 runoff plots. Organic carbon (OC), total nitrogen (N) and available phosphorus (P) were determined on sediments. Average sediment OC and N content was higher in the Haplustoll (59.5 g.kg-1 and 4.3 g.kg-1 ) than in the Ustipsamment (37.6 g.kg-1 and 2.2 g.kg-1 ). P was lower in the Haplustoll (29.8 mg.kg-1 ) than in the Ustipsamment (40.2 mg.kg-1 ). Losses of N and P were significantly higher in March than in September. In the bare soil, nutrient losses were higher in the Haplustoll than in the Ustipsamment, while with vegetation cover, erosion was of lesser importance, and similar for both soil types. Organic carbon was the soil constituent that suffered the highest losses due to water erosion. Key words: Soil erosion, organic carbon, nitrogen, phosphorus, semiarid woodland.
INTRODUCCION La erosión hídrica es un proceso degradativo que disminuye la productividad de los suelos afectados y cuya intensificación, en regiones semiáridas, puede ser provocada por un manejo inadecuado de los pastizales. Cuando la cobertura vegetal es removida parcial o totalmente, la erosión hídrica aumenta en relación directa a la intensidad de la precipitación, y en general, al estado de degradación del ecosistema (Wilcox 1994). Distintos estudios demuestran la importancia de la vegetación como agente biológico protector del suelo. Las tasas de escorrentía y erosión disminuyen en relación inversa a la cobertura, debido a que la vegetación y el mantillo disipan la energía cinética de las gotas de lluvia, retardan la velocidad del escurrimiento y aumentan la permeabilidad del suelo (Blackburn et al. 1986, Ruan et al. 2001). La cobertura de la vegetación varía de acuerdo a su hábito de crecimiento, estado fenológico y a la intensidad de pastoreo (Thurow et al. 1988), provocando cambios estacionales en las pérdidas de sedimentos
(Wood et al. 1986). La erosión hídrica es un proceso selectivo de extracción que remueve una mayor proporción de fracciones finas y nutrientes del suelo. Los sedimentos erosionados usualmente contienen mayor proporción de nutrientes que la capa superficial del suelo original (Sharpley 1985). Esta diferencia se puede expresar como una tasa de enriquecimiento (TE), definida como la concentración de nutrientes en los sedimentos, referida a su concentración en el suelo original (Barrows, Kilmer 1963) . La pérdida de nutrientes está directamente relacionada con la concentración inicial en el suelo de origen, las lluvias, el escurrimiento y el contenido de materiales coloidales en el suelo (Mathan, Kannan 1993). Debido a que la mayoría de los nutrientes están adsorbidos sobre los coloides orgánicos e inorgánicos, la erosión de los sedimentos más finos provoca una movilización importante de nutrientes (Sharpley 1985). Sin embargo, la presencia de una densa vegetación nativa con buena cobertura de mantillo sobre el suelo, reduce la velocidad del escurrimiento y disminuye la pérdida de sedimentos (Meyer et al. 1995) y
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nutrientes (Lee et al. 2001). La pérdida de MO depende de la topografía, el manejo y el tipo de suelo. Free (1956) reportó que el porcentaje de MO en sedimentos erosionados de un suelo franco arenoso, fue 30 % mayor a la cantidad presente en el suelo remanente. Si bien la pérdida de MO está en función de la pérdida de suelo, ésta no es una función lineal, ya que a medida que se incrementa el volumen de sedimentos movilizados, disminuye el contenido en la masa total. Al respecto, Massey et al. (1953) observaron que cuando las pérdidas de suelo fueron altas, el porcentaje de MO erosionada fue relativamente menor y viceversa. Barrows y Kilmer (1963) reportaron una pérdida total de MO de 622 kg.ha-1, con una proporción en los sedimentos igual al doble que la presente en el suelo inicial. Las tasas de enriquecimiento de N en sedimentos son, en general, paralelas a las de MO (Massey et al. 1953), como consecuencia de su origen predominantemente orgánico. La pérdida de N no tiene una relación lineal con la pérdida de suelo. Soltenberg y White (1953) graficaron la pérdida de N como una función de la pérdida de suelo, encontrando que, cuando la concentración de sólidos en el escurrimiento estuvo debajo de 0,4 kg.m-3, la cantidad de N en los sedimentos fue cinco veces mayor a la del suelo. Con una concentración de 40 kg.m-3 de sólidos, el contenido de N en los sedimentos fue solo 30 % superior al del suelo original. La vegetación cumple un rol importante en el control de la erosión hídrica, disminuyendo las pérdidas de N (Williams, Nicks 1993). Debido a su baja solubilidad, la concentración de P disuelto en el agua de escurrimiento normalmente es muy pequeña (Mathan, Kannan 1993). Massey et al. (1953) reportaron tasas de enriquecimento de P total que oscilaron de 1,3 a 3,5; mientras que Burwell et al. (1975), encontraron una pérdida anual promedio de P en los sedimentos y en el escurrimiento, desde 0,35 hasta 1,19 kg.ha-1 , dependiendo de la cobertura del suelo. El Caldenal cubre un amplio territorio de aproximadamente 5.000.000 ha dentro de la provincia de La Pampa, donde la ganadería de cría es la actividad productiva más relevante y está sustentada casi exclusivamente por
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pastizales naturales. Es sabido que el sobrepastoreo de estos pastizales favorece grandes pérdidas de suelo por erosión (Covas, Glave 1988), las que se evidencian mediante la presencia de surcos, cárcavas y vegetación en pedestal, confirmando que la erosión hídrica es el proceso degradativo más importante de estos suelos (INTA et al. 1980). Sin embargo, son escasos los estudios acerca de este proceso de degradación, que puede afectar la productividad futura del ecosistema. El objetivo del presente trabajo fue evaluar las pérdidas de nutrientes en dos suelos representativos del Caldenal pampeano, bajo diferentes coberturas de vegetación y mantillo, en dos épocas del año en que las especies del pastizal presentan distintos estados de desarrollo vegetativo. MATERIALES Y METODOS Los ensayos se llevaron a cabo en dos sitios del Caldenal próximos a la localidad de Anguil, La Pampa (63° 59' W, 36° 30' S, 165 m snm), distantes 15 Km entre sí. La precipitación media anual de esta localidad para el período 1921-1990 fue de 608 mm con una distribución estacional del 36% en el primer trimestre, 17% en el segundo trimestre, 12% en el tercer trimestre y 35% en el cuarto trimestre (Roberto et al. 1994). El paisaje es suavemente ondulado. El suelo del sitio I fue clasificado como Haplustol Éntico y el del sitio II como Ustipsamente Típico. En ambos sitios se seleccionaron sectores del relieve cuya pendiente presentó un gradiente uniforme para la instalación de las parcelas de escurrimiento, a fin de evitar un efecto significativo de la inclinación del terreno, sobre las pérdidas de agua y de suelo. El gradiente medio de la pendiente del terreno en ambos sitios fue de 5,7%. La vegetación del sitio I presenta la fisonomía de un bosque caducifolio denso (más de 50% de cobertura) de Prosopis caldenia con una altura media de 5 a 8 m. Las especies dominantes del estrato graminoso-herbáceo son: Stipa brachychaeta, Stipa tenuissima, Piptochaetium napostaense, Stipa tenuis, Poa ligularis y Baccharis ulicina. El tipo fisonómico del sitio II es el de un bosque caducifolio muy abierto (aproximadamente 10%) de Prosopis caldenia de 4 a 8 m de altura. En el estrato graminoso-herbáceo predominan las siguientes especies: Digitaria californica, Panicum urvilleanum, Centaurea solstitialis, Poa lanuginosa, Stipa gynerioides y Baccharis ulicina. El uso actual de la tierra en ambos sitios es la cría extensiva de ganado vacuno. En Febrero de 1996 se prepararon las
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parcelas de los dos sitios seleccionados para el estudio, fuera del área de cobertura de los árboles. El experimento se realizó con 3 tratamientos y 4 repeticiones, dispuestos según un diseño en bloques aleatorizados completos. Cada lluvia simulada se realizó simultáneamente sobre los tres tratamientos. Los tratamientos comparados fueron: 1) vegetación natural (manteniendo la cobertura de la vegetación y el mantillo presente en el lugar), 2) vegetación cortada a 5 cm de altura con reducción parcial de mantillo, y 3) suelo desnudo. En cada parcela se midió el porcentaje de cobertura vegetal y de mantillo por el método de Camfield en tres transectas de 2 m cada una por parcela, sobre las cuales se determinaron los porcentajes de vegetación, residuos y suelo desnudo, antes de cada lluvia simulada en ambas épocas. La fitomasa aérea de vegetación fue evaluada mediante corte a nivel del suelo, en dos áreas de 0,5 m2 cada una, en la cabecera de cada parcela. Se recolectó el mantillo dentro de las mismas áreas de corte y el material fue secado en estufa a 50 ºC y pesado. La materia seca se expresó en kg.ha-1 . En los meses de marzo y septiembre de 1996, sobre cada parcela se aplicó una lluvia en condiciones naturales de humedad del suelo. Luego
las parcelas fueron cubiertas con polietileno, para prevenir la evapotranspiración y lograr una condición de humedad uniforme. A las 24 horas, se aplicó una segunda lluvia de igual duración e intensidad, con la cual se evaluó el proceso de erosión en condiciones de humedad del suelo equivalentes a capacidad de campo. Se utilizó un simulador de lluvia con aspersor de cono lleno (ángulo de salida de 120°), modelo 460.968.30.CG, fabricado por Lechler GmbH de Fellbach, Alemania, evaluado por Rostagno y Garayzar (1995). El aspersor se ubicó a 3,4 m de altura en posición vertical hacia abajo. La duración de la lluvia en cada aplicación fue de 30 minutos, con una intensidad promedio de 56,6 mm.h-1 . Se utilizaron parcelas de escurrimiento rectangulares de 2 m de largo por 1 m de ancho, cuya longitud mayor fue orientada en el sentido de la pendiente. Los sedimentos transportados por el agua fueron colectados, se secaron en estufa a 50 ºC, se pesaron y se determinó su contenido de nutrientes. La humedad del suelo fue determinada gravimétricamente en los primeros 5 cm de profundidad, en el área adyacente a cada parcela de escurrimiento. Los contenidos promedio de agua a capacidad de campo fueron 22,2 % en el Haplustol y 16,7 % en el Ustipsamente.
Tabla 1. Propiedades de los suelos estudiados. Table 1. Soil properties of the research sites. Haplustol Éntico Horizonte Profundidad (cm) -1 Carbono orgánico (g kg ) Nitrógeno total (g kg-1) Relación C/N -1 Fósforo disp. (mg kg ) pH en pasta Arcilla (%) Limo (%) Arena muy fina (%) Arena fina (%) Arena media (%) Arena gruesa (%)
A
AC
Ck
0-32 13,8 1,2 11,5 8,1 7,1 15,0 27,5 14,8 12,5 28,1 2,1
32-55 8,4 0,7 12,0 0,8 7,7 18,8 28,7 13,5 14,2 21,9 2,9
0-30 8,8 0,8 11,0 33,6 6,5 8,1 9,1 12,6 17,6 46,2 6,4
30-54 4,9 0,5 9,8 5,9 6,9 7,8 12,6 12,9 22,6 37,9 6,2
55-160 (tosca) 4,8 0,5 9,6 0,4 7,9 17,0 31,4 12,0 17,5 18,2 3,9
Ustipsamente Típico Profundidad (cm) -1 Carbono orgánico (g Kg ) -1 Nitrógeno total (g Kg ) Relación C/N -1 Fósforo disp. (mg Kg ) pH en pasta Arcilla (%) Limo (%) Arena muy fina (%) Arena fina (%) Arena media (%) Arena gruesa (%)
54-104 3,2 0,4 8,0 4,1 7,6 6,5 12,9 14,3 15,2 44,3 6,8
104>160 3,2 0,4 8,0 6,9 7,8 6,3 11,2 15,5 21,6 38,3 7,1
Ciencia del Suelo 19 (2) 2001 Antes de comenzar los ensayos se determinó en los suelos de cada parcela a la profundidad de 0-4 cm, la distribución del tamaño de los agregados por tamizado en seco (8 mm) y el cambio de diámetro medio de los agregados (CDMA), por el método De Boodt y de Leehneer. Se determinaron además, los contenidos de carbono orgánico por el método de Walkley-Black, nitrógeno total (Kjeldahl) y fósforo disponible (Bray-Kurtz) a las profundidades de 0 a 2 cm y de 2 a 4 cm. Los sedimentos recogidos de cada parcela luego de cada lluvia aplicada fueron pesados y fueron determinados los contenidos de materia orgánica, nitrógeno total y fósforo disponible. Las diferencias entre tratamientos y suelos fueron evaluadas mediante análisis de la varianza y test de diferencia mínima significativa protegida (DMS) (SAS Institute 1998) usando un modelo con suelos y tratamientos como efectos fijos, y repeticiones (bloques) anidadas dentro de suelos como efectos aleatorios. Para el analisis combinado con las dos estaciones (marzo y septiembre) se usó un esquema de parcela dividida en el tiempo, por ser sólo dos las medidas (momentos) repetidas.
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N varió entre 8 y 11, sin embargo el P disponible presentó valores ostensiblemente mayores. En la Tabla 2 se presenta la distribución de tamaños de agregados en los suelos de las parcelas. En los primeros 4 cm del horizonte superficial, el Haplustol presentó aproximadamente el 72% de agregados con un diámetro mayor a 2 mm, mientras que el Ustipsamente tuvo el 54 % de agregados de más de 2 mm. La fracción de agregados de 2 a 8 mm fue mayor en el Haplustol (22%) que en el Ustipsamente (17%). El CDMA calculado fue de 0,94 en el Haplustol y 2,01 en el Ustipsamente, de manera que los agregados del Haplustol tuvieron aproximadamente el doble de estabilidad que los del Ustipsamente. Bajo condiciones naturales, el porcentaje de cobertura y la cantidad de materia seca en el Haplustol Éntico fue mayor que en el Ustipsamente Típico, para ambas épocas de muestreo. Estas diferencias podrían atribuirse a las mejores propiedades fisicoquímicas que en general presentó el Haplustol, en lo que respecta a capacidad de retención de agua y disponibilidad de nutrientes para el pastizal. En marzo, la cobertura total (sumatoria de vegetación y mantillo) en el Haplustol Éntico, fue de 135% para el tratamiento natural y 66% para el de corte, con un peso seco total de fitomasa aérea de 15120 kg.ha-1 y 4860 kg.ha1, respectivamente. En el Ustipsamente Típico la cobertura total fue de 89 % en el tratamiento natural y 55% en el de corte, con un peso seco total de 5930 kg.ha -1 y 3480 kg.ha -1 , respectivamente. El tratamiento desnudo fue mantenido sin ningún tipo de cobertura durante las dos épocas de muestreo, por lo tanto,
RESULTADOS Los perfiles presentaron un desarrollo de horizontes característico de los suelos de la región, sin limitaciones de profundidad, con textura franco arenosa en el Haplustol Éntico y arenoso franca en el Ustipsamente Típico (Tabla 1). El Haplustol presentó un alto contenido de CO, especialmente en el horizonte superficial y una relación C/N de 10 a 12. Los valores de P disponible fueron excesivamente bajos, probablemente por estar el fosfato ligado en alta proporción, al calcio presente en el perfil. El Ustipsamente tuvo valores de CO y N menores que los del Haplustol y la relación C/
Tabla 2. Distribución de tamaño de los agregados y cambio de diámetro medio de los agregados (CDMA), de los suelos estudiados. Table 2. Aggregate size distribution and mean aggregate diameter change (MADC) for the studied soils. Distribución de tamaño de agregados 8mm
12,9
50,2
0,94
9,5
37,6
2,01
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la cobertura y la materia seca fueron iguales a cero. En septiembre, la cobertura total sobre el Haplustol Éntico fue de 126 % y 79 % para los tratamientos con vegetación natural y de corte, con contenidos de materia seca de 10860 kg ha-1 y 4290 kg ha-1, respectivamente. La cobertura total del Ustipsamente Típico fue de 95% en el tratamiento con vegetación natural y de 78 % en el tratamiento de corte, con 6760 kg ha -1 y 3340 kg ha -1 de materia seca, respectivamente. La distinta composición de los suelos (Tabla 1) determina condiciones de vegetación diferentes en ambos sitios. Además de las diferencias fisionómicas descriptas, el pastizal que se desarrolla sobre el Ustipsamente está compuesto de especies predominantemente estivales, mientras que sobre el Haplustol predominan especies invernales. Esta situación explica las diferencias estacionales en cantidad de fitomasa y tipo de cobertura presentes en cada sitio en las distintas épocas del año. En el Ustipsamente existió mayor cobertura de vegetación en septiembre que en marzo como consecuencia del desarrollo de individuos de Centaurea solstitialis, cuya morfología arrosetada produce una importante cobertura de suelo. Sobre el Haplustol hubo una importante cantidad de mantillo en marzo, como consecuencia de la acumulación de material muerto de las especies invernales (Stipa, Piptochaetium y Poa). Durante el mes de septiembre la vegetación se encontraba en pleno desarrollo vegetativo, con un peso seco y cobertura mayores que el del mantillo.
La pérdida media de sedimentos para los distintos tratamientos sobre los dos suelos se presentan en la Tabla 3. Esta fue mayor en el Haplustol que en el Ustipsamente y en ambos sitios el promedio de sedimentos perdidos fue mayor en el tratamiento sin cobertura que en el tratamiento de corte, y este a su vez mayor que en el tratamiento con vegetación natural. Cuando se analizó el efecto de las dos estaciones del año sobre la pérdida de sedimentos dentro de un mismo tratamiento, en el Haplustol no se observaron diferencias significativas (p = 0,15). En cambio, el Ustipsamente mostró una interacción significativa (p = 0,01) entre las estaciones del año y los tratamientos. Mientras que los tratamientos con vegetación natural y corte tuvieron una pérdida de sedimentos similar en ambas épocas, la pérdida de sedimentos en el tratamiento desnudo fue 3,3 veces mayor en septiembre que en marzo. Si se considera la masa de sedimentos proveniente del suelo libre de cobertura como un índice de susceptibilidad a la erosión o máximo potencial de pérdida de suelo para las condiciones de ese sitio, se observa que la cobertura redujo la pérdida de sedimentos aproximadamente 9 veces en el tratamiento de corte y 22 veces bajo vegetación natural, en el Haplustol, mientras que para el Ustipsamente, la reducción de la pérdida de suelo fue aproximadamente 2,5 veces en el tratamiento de corte y 11 veces bajo vegetación natural. En la Tabla 4 se observan los valores promedio de CO, N y P en los suelos de los distintos tratamientos. La mayor cantidad de
Tabla 3. Pérdida de sedimentos después de 30 minutos de precipitación en los dos sitios de estudio. Table 3. Sediment losses after 30 min of simulated rain at the studied sites.
Tratamiento
desnudo
corte -1 Kg ha
natural
Haplustol Éntico Marzo Septiembre
1129b 1199b
209a 72a
51a 23a
Ustipsamente Típico Marzo Septiembre
317b 1203b
168ab 172a
70a 48a
Las medias seguidas por la misma letra no difieren significativamente (p < 0,05). Las comparaciones se realizaron dentro de cada fila.
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Tabla 4. Contenidos medios de nutrientes presentes en la capa superficial del suelo al inicio de los ensayos en los diferentes tratamientos. Table 4. Topsoil mean nutrient contents of the different treatments at the study starting time. Profundidad cm Haplustol Éntico desnudo 0-2 2-4
CO g kg -1
N g kg-1
P mg kg-1
31,2 ± 4,1 25,5 ± 4,5
2,7 ± 0,2 2,3 ± 0,3
34,1 ± 6,0 27,6 ± 5,1
0-2 2-4
25,8 ± 4,0 17,4 ± 1,9
2,5 ± 0,3 1,9 ± 0,1
33,1 ± 9,2 13,7 ± 2,6
0-2 2-4 Ustipsamente Típico desnudo 0-2 2-4
23,1 ± 3,7 19,4 ± 1,7
2,6 ± 0,2 1,8 ± 0,2
30,4 ± 8,8 15,6 ± 3,7
17,3 ± 1,9 15,5 ± 5,4
1,1 ± 0,1 0,9 ± 0,2
49,7 ± 6,4 45,2 ± 1,3
corte
0-2 2-4
12,2 ± 2,2 12,8 ± 1,8
0,9 ± 0,1 0,9 ± 0,1
40,8 ± 3,0 38,3 ± 0,6
natural
0-2 2-4
11,3 ± 2,2 10,5 ± 2,3
0,9 ± 0,2 1,0 ± 0,3
38,8 ± 3,0 38,5 ± 5,0
corte
natural
CO se encuentra en las capas superficiales del suelo por efecto de la acumulación y descomposición de residuos. Los contenidos de CO disminuyen en profundidad, en particular en el Haplustol, donde los valores promediaron 26,7 g kg-1 entre 0 y 2 cm de profundidad y 20,8 g kg -1 en la capa de 2 a 4 cm de profundidad, mientras que en el Ustipsamente las cantidades fueron menores sin observarse diferencias marcadas en ambas profundidades (13,6 y 12,9 g Kg -1 ), respectivamente. Los diferentes contenidos de CO entre tratamientos fueron debidos a la variabilidad espacial en la distribución de los contenidos de materia orgánica en suelo y no a un efecto de los tratamientos. Los contenidos de N están relacionados a los de CO. El Haplustol tuvo contenidos significativamente mayores (p
